物聯(lián)網(wǎng)技術在林業(yè)中的應用研究綜述

　　摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術隨著計算機及通信技術的發(fā)展應運而生，成為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后信息產(chǎn)業(yè)的又一次革命。對林業(yè)來說，物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術的應用就是將信息技術和通信技術的高效融合，對林業(yè)信息進行采集、處理，從而推動林業(yè)信息化的進一步發(fā)展。通過對國內外物聯(lián)網(wǎng)技術在林業(yè)及相關產(chǎn)業(yè)中的應用研究現(xiàn)狀進行分析，探索物聯(lián)網(wǎng)技術在林業(yè)中的發(fā)展方向和趨勢。

　　關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術;林業(yè)信息化;應用研究

　　0引言

　　物聯(lián)網(wǎng)(IoT)是將信息傳感設備，如無線傳感、射頻識別、激光掃描以及全球定位等，按約定辦議將物品與互聯(lián)網(wǎng)結合在一起所形成一個新的智能網(wǎng)絡，把物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，以實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡，具有滲透性強、帶動作用大、綜合效益好的特點。對提升社會管理和公共服務水平，帶動相關學科發(fā)展和增強技術創(chuàng)新能力，推動產(chǎn)業(yè)結構調整和發(fā)展方式轉變具有重要意義。我國已將物聯(lián)網(wǎng)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要內容，并進行了明確部署。2011年，國家林業(yè)局被列為首批國家物聯(lián)網(wǎng)應用示范部委之一，有力地促進了林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的建設與應用。

　　為推動林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)健康有序發(fā)展，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術與林業(yè)相關業(yè)務高度融合，有力支撐林業(yè)資源監(jiān)管、營造林業(yè)管理、林業(yè)災害監(jiān)測、林業(yè)生態(tài)監(jiān)測、林業(yè)產(chǎn)業(yè)、林產(chǎn)品質量安全監(jiān)管等各類業(yè)務⑴。目前，林業(yè)信息化基礎設施條件有了改善，信息采集和傳輸能力明顯增強，實現(xiàn)跨區(qū)域、集成化、規(guī)模化的物聯(lián)網(wǎng)應用，推動林業(yè)智能化持續(xù)快速發(fā)展。1物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術概述物聯(lián)網(wǎng)的應用越來越多，特別是在智慧城市、工業(yè)、安防、交通等領域，都取得較好的成就，其相關技術的難點也越來越高。要推動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)更好地發(fā)展，必須從低功耗、高效率、安全性等方面出發(fā)，以下幾項關鍵技術的應用變得更加重要、更加嚴格。

　　1.1射頻識別技術

　　一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸。其相當于物聯(lián)網(wǎng)的“嘴巴”，負責讓物體說話。射頻識別(radiofrequencyidentification，RFID)主要的表現(xiàn)形式就是RFID標簽，具有抗干擾性強、識別速度快、安全性高、數(shù)據(jù)容量大等優(yōu)點;主要工作頻率有低頻、高頻以及超高頻。

　　1.2傳感器技術

　　能感受規(guī)定的被測量，例如溫濕度、電壓、電流，并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號;相當于物聯(lián)網(wǎng)的“耳朵”，負責接收物體“說話”的內容，例如應用于生活中空調制冷劑液位的精確控制、數(shù)字醫(yī)療捕捉電壓信號等。其技術難點在于惡劣環(huán)境的考驗，當受到自然環(huán)境中溫度等因素的影響，會引起傳感器零點漂移和靈敏度的變化。

　　1.3無線網(wǎng)絡技術

　　當物體與物體“交流”時，就需要高速、可進行大批量數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡，無線網(wǎng)絡的速度決定了設備連接的速度和穩(wěn)定性。若無線網(wǎng)絡的速率太低，就會出現(xiàn)設備反應滯后或者連接失敗等問題。目前，使用的大部分網(wǎng)絡屬于4G.5G作為第五代移動通信技術，將把移動市場推到一個全新的高度，而物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也因其得到很大的突破。

　　1.4人工智能技術

　　研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)的一門新的技術科學。人工智能(artificialintelligence，AI)雖然也是現(xiàn)在熱門研究之一，但與物聯(lián)網(wǎng)密不可分，AI技術相當于物聯(lián)網(wǎng)的“大腦”，負責學習與思考，研究領域有智能機器人、虛擬現(xiàn)實技術與應用、工業(yè)過程建模與智能控制、機器翻譯、知識發(fā)現(xiàn)與機器學習等。

　　1.5云計算技術

　　將一些相關網(wǎng)絡技術和計算機發(fā)展融合在一起的產(chǎn)物，提供動態(tài)的可伸縮的虛擬化資源的計算模式，具有十分強大的計算能力，高達每秒10萬億次的運算能力，可以模擬核爆炸、預測氣候變化和市場發(fā)展趨勢。同時它也具有超強的存儲能力，同樣相當于物聯(lián)網(wǎng)的“大腦”，具有計算和存儲能力。如今物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展速度飛快，這五大關鍵技術的發(fā)展變得尤其重要，發(fā)揮各項技術的優(yōu)勢，突破技術的相關難點，從而帶來物聯(lián)網(wǎng)的進一步發(fā)展。

　　2物聯(lián)網(wǎng)技術在林業(yè)中的應用研究現(xiàn)狀

　　2.1林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的總體架構

　　林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)總體架構山包括3個層次、2個體系。3個層次分別為感知層、網(wǎng)絡層、應用層(包括應用支撐子層和應用子層);2個體系分別為標準規(guī)范體系、安全與綜合管理體系。

　　2.2物聯(lián)網(wǎng)技術在林業(yè)中的應用現(xiàn)狀

　　目前國內外文獻的研究，主要集中在物聯(lián)網(wǎng)技術在木材運輸及管理、林產(chǎn)品物流、林產(chǎn)品信息系統(tǒng)、智慧林業(yè)等領域，但以物聯(lián)網(wǎng)技術與林業(yè)相關產(chǎn)品運輸、林產(chǎn)品信息系統(tǒng)及管理、智慧林業(yè)等方面較多，下面就這三個方面進行綜述。

　　2.2.1林業(yè)相關產(chǎn)品運輸領域應用現(xiàn)狀

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的普及，出現(xiàn)了各種感知技術。因此，需要引入一種快速感知木材及相關林產(chǎn)品數(shù)量的物聯(lián)網(wǎng)技術，這樣能夠提高監(jiān)管效率，加強監(jiān)管力度，特別是保證了運輸檢查的透明度。文獻[2，3]利用基于北斗技術的云端軌跡檢查和基于物聯(lián)網(wǎng)的圖像識別技術，設計了木材運輸軌跡儀以及分析木材運輸車輛的堆壘面照片，這類技術的開發(fā)，能有效降低林區(qū)運輸執(zhí)法檢查的成本，打擊各類軌跡類木材違法運輸行為，也可用于各檢查點檢測數(shù)據(jù)的相互比對，從而發(fā)現(xiàn)半途非法運輸木材的行為，實現(xiàn)木材運輸全電子監(jiān)督管理在木材采伐運輸過程中，必須經(jīng)歷木材檢尺和運輸證辦理等流程管理，通過采用物聯(lián)網(wǎng)技術，能夠實時采集并處理伐區(qū)現(xiàn)場的木材檢尺數(shù)據(jù)，提高林業(yè)站點辦理運輸證的效率，同時能夠提供木材數(shù)據(jù)的檢驗、對賬、分析等功能“。

　　另外，在木材運輸和管理過程中，往往會存在著亂砍濫伐、偷伐、少批多伐、偷卸木材、執(zhí)法不嚴、信息化管理水平不高等問題，采用物聯(lián)網(wǎng)技術，對林區(qū)內的木材砍伐、切割成圓木、進出林場、儲木場，最后進行運輸?shù)倪^程進行全程監(jiān)管，大幅提高林區(qū)作業(yè)效率，提升木材的監(jiān)管水平⑸。利用物聯(lián)網(wǎng)技術和Web技術的結合，也可以針對目前木材運輸管理中存在的問題，提出物聯(lián)網(wǎng)木材運輸系統(tǒng)結構模型，在此模型基礎上可以設計一系列系統(tǒng)功能，從而提高木材運輸管理水平⑹。

　　2.2.2林產(chǎn)品信息系統(tǒng)及管理應用現(xiàn)狀

　　林業(yè)信息化是現(xiàn)代林業(yè)科學發(fā)展的支柱和目標，物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展與成熟，必將極大提高林業(yè)信息化的水平和程度。為了有效打擊過度砍伐、私運及收購木材，文獻[7]引入了物聯(lián)網(wǎng)中的射頻集成電路技術RFIC，研發(fā)了一種木材產(chǎn)品物流管理系統(tǒng)，能夠適應當前中國林區(qū)信息通訊困難的現(xiàn)狀，將木材相關物流信息存入RFTC卡，隨車同行，同時還具有一定的加密能力，防止數(shù)據(jù)被篡改而造成的偽造木材運輸單的行為。作為物聯(lián)網(wǎng)中的關鍵技術之一，RFID技術在林產(chǎn)品信息系統(tǒng)中的應用非常廣泛。

　　RFID電子標簽信息采集和識別系統(tǒng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡服務器.RFID電子標簽讀寫器構成的現(xiàn)代木材管理系統(tǒng)，可以分析木材入庫、出庫、庫存盤點流程和管理程序，實現(xiàn)木材岀入庫和庫存盤點的自動化和智能化，并能提高木材倉儲過程中的準確率[8>9]o同時，對基于物聯(lián)網(wǎng)的木材管理系統(tǒng)體系、功能結構以及工作流程進行設計，能夠實現(xiàn)木材管理系統(tǒng)的智能化識別、跟蹤和監(jiān)控，實現(xiàn)木材的集約化和現(xiàn)代化管理⑼O物聯(lián)網(wǎng)技術與木材等相關林產(chǎn)品物流信息的結合，也是很多學者研究的熱點。

　　文獻[11]將林產(chǎn)品物流與物聯(lián)網(wǎng)技術相結合，讓林產(chǎn)品攜帶含EPC代碼的射頻識別標簽，達到對林產(chǎn)品從采伐到銷售整個過程的有效監(jiān)管，從而解決長期以來因為信息閉塞，產(chǎn)品積壓等導致林產(chǎn)品質量等級下降，成本增高的問題⑴]。另外，通過引入物聯(lián)網(wǎng)解決方案，利用彩信技術拍攝檢尺圖像.RFID技術抓拍運輸圖像、通用分組無線業(yè)務技術GPRS實現(xiàn)無線遠程通訊，指揮中心只要對比圖像，就可以監(jiān)管大面積的木材物流過程[⑵。

　　文獻[13]通過建立傳感器、通信網(wǎng)絡、人工智能三大技術體系的框架，分析了林業(yè)物流中物聯(lián)網(wǎng)技術的現(xiàn)狀，同時還涉及到了物聯(lián)網(wǎng)在木材倉儲、運輸、林產(chǎn)品物流等方面的應用實例及發(fā)展趨勢〔⑶。為了應對國際綠色貿(mào)易壁壘，我們不僅要提高林產(chǎn)品質量，更應建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術的林產(chǎn)品物流追溯系統(tǒng)。現(xiàn)在已經(jīng)有了以近距離無線通訊技術NFC為快速追溯技術，搭建林產(chǎn)品追溯系統(tǒng)網(wǎng)站，消費者可以通過手機NFC軟件識別林產(chǎn)品上的RFIC卡，并點擊相應地網(wǎng)址鏈接到網(wǎng)站查看詳情，實現(xiàn)自主快速追溯查詢「⑷。

　　物聯(lián)網(wǎng)在林業(yè)信息應用領域也出現(xiàn)了新方向，對木材干燥及木材含水率的研究有了總體設計思路和一些技術要點。文獻[15，16]是無線傳感器網(wǎng)絡在木材干燥中的應用，設計了基于無線傳感器網(wǎng)絡的木材干燥監(jiān)測系統(tǒng)，并介紹了系統(tǒng)總體結構、傳感器節(jié)點的硬件和軟件資源。該系統(tǒng)可實時、在線、精確獲取干燥窯各類環(huán)境參數(shù)⑷0木材含水率信息是工業(yè)木制品發(fā)展的重要因素，文獻[17]提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的木材含水率測量與監(jiān)測新方法，對捕獲的值執(zhí)行實時可視化及永久存儲，從而了解用戶關于木材狀況的信息W〕。

　　2.2.3智慧林業(yè)應用現(xiàn)狀

　　2013年8月26日，國家林業(yè)局印發(fā)了《中國智慧林業(yè)發(fā)展指導意見》的通知，旨在推動包括物聯(lián)網(wǎng)在內的相關技術在林業(yè)中的應用�；�于物聯(lián)網(wǎng)技術的智慧林業(yè)物流系統(tǒng)能夠提高林業(yè)物流效率，降低物流成本，減少林業(yè)物流系統(tǒng)碳排放量，提升木材產(chǎn)品的國際競爭力。文獻[18]重點介紹了國內在RFID車輛識別與抓拍、機器視覺木材運輸量識別、二維碼運輸執(zhí)法監(jiān)查和GPS車輛行為監(jiān)查等物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術在林業(yè)應用研究中的進展，并提岀智能可追溯系統(tǒng)、物流過程的可視化智能管理系統(tǒng)、智能化的企業(yè)物流配送中心和多種物聯(lián)網(wǎng)技術集成應用于智慧林業(yè)物流系統(tǒng)等，這些都將成為我國在本領域的研究方向〔⑻。

　　物聯(lián)網(wǎng)技術的應用對于推動林業(yè)智能化有著重要的作用，在林業(yè)信息化當中的應用已取得了不小的突破，利用其在林業(yè)信息采集與處理中的相關應用，可以充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的重要作用[19'20：o同時，文獻[21]提岀為了做好林業(yè)信息的搜集、獲取、分析以及管理，將物聯(lián)網(wǎng)技術應用到林業(yè)的信息化管理中，借助多功能網(wǎng)絡與云計算平臺，通過網(wǎng)絡大數(shù)據(jù)的信息決策，充分發(fā)揮林業(yè)的價值，對實現(xiàn)經(jīng)濟社會與生態(tài)環(huán)境之間的和諧有著重要的推動作用⑵。將物聯(lián)網(wǎng)技術引入茶葉物聯(lián)網(wǎng)、林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，為智慧農(nóng)林物聯(lián)網(wǎng)應用的拓展也提供了新的思路宓)。

　　另外，還要關注到，未來物聯(lián)網(wǎng)技術在林業(yè)智能化中的發(fā)展也會像現(xiàn)在眾多農(nóng)產(chǎn)品中的應用一樣普及〔即�；�于物聯(lián)網(wǎng)、3G和3DGIS的森林監(jiān)測傳感系統(tǒng)的森林信息采集，在現(xiàn)代智慧林業(yè)建設過程中發(fā)揮著重要作用。存在系統(tǒng)結構、無線多媒體傳感器節(jié)點設計和網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸過程等關鍵問題，這些都為實吋、準確、自動、遠程地獲取林業(yè)綜合信息，實現(xiàn)智慧林業(yè)奠定基礎⑵O近年來，國外還有利用預測控制模型來改善哥倫比亞油棕種植園灌溉系統(tǒng)的計劃。該模型將來自互聯(lián)網(wǎng)的天氣預報作為一個新的變量，用于控制模型中，以在決定作物是否應該灌溉時加以考慮。

　　土壤濕度傳感器用于驗證決策是否正確，并將作物保持在所需的土壤濕度范圍內。以物聯(lián)網(wǎng)作為一項重要的技術，使得種植園有更好的生產(chǎn)力，這些都將是智慧林業(yè)的發(fā)展趨勢。

　　3結束語

　　物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術的集成和綜合運用，具有滲透性強、帶動作用大、綜合效益好的特點。通過應用物聯(lián)網(wǎng)技術，及時發(fā)現(xiàn)林業(yè)及相關產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中存在的問題，并采取針對性的措施，有利于促進林業(yè)及相關產(chǎn)業(yè)向智能化、精細化、網(wǎng)絡化方向轉變，對于提高林業(yè)及相關產(chǎn)業(yè)的信息化水平、運輸效率、運輸過程及其他生產(chǎn)過程的監(jiān)管力度等具有重要意義。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術在林業(yè)及相關產(chǎn)業(yè)管理中的應用具有廣闊的前景，能夠促進我國林業(yè)及相關產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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　　相關論文投稿刊物：《物聯(lián)網(wǎng)技術》雜志是目前國內第一本經(jīng)國家新聞出版總署批準，手續(xù)齊全的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)科技期刊。物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息技術的第三次革命，據(jù)美國獨立市場研究機構Forreter預測，物聯(lián)網(wǎng)所帶來的產(chǎn)業(yè)價值要比互聯(lián)網(wǎng)大30倍，將形成下一個上萬億元規(guī)模的高科技市場。

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